Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 4 : Interfaces des modules photovoltaïques
Guidance

Examinons tout d'abord le cas où un module (ou une branche comportant plusieurs modules en série) est connecté directement à un réseau DC (ou une batterie).

Si ce réseau DC reste sous tension même lorsque le module ne fournit pas d'énergie, la connexion ne peut pas être tout à fait directe. Il faut en effet empêcher que le module n'absorbe de l'énergie du système lorsqu'il est dans l'obscurité, c'est-à-dire durant la nuit.

La figure 2.5. donne le schéma le plus simple possible de connexion "directe". Ce schéma comporte en fait une interface rudimentaire (diode antiretour) entre le module PV et le réseau DC.

Figure S04-5

Dans un tel système, il y a risque de voir les modules transmettre de l'énergie au système même lorsque celui-ci n'est pas prêt à la recevoir. La conséquence normale est alors une augmentation de la tension du réseau DC, ce qui peut avoir des effets fâcheux.

Un exemple de cette situation est celui où le réseau DC est (connecté à) une batterie.

Pour éviter que le module ne fournisse aucune énergie par temps chaud, les modules standard sont composés d'un nombre de cellule supérieur au besoin, soit typiquement 36 cellules pour un système 12 V. Dans ces conditions, la tension optimum est d'environ 17 V.
Ainsi, le module est sous-utilisé mais fonctionne à coup sûr.

Malheureusement, lorsque la batterie est complètement chargée, l'augmentation de sa tension ne suffit pas pour empêcher les modules de la surcharger : la tension de la batterie peut augmenter jusqu'à un niveau où l'électrolyse de l'eau contenue dans la batterie se produit. On a alors un dégagement d'hydrogène et d'oxygène dans la batterie, donc une perte d'eau (que l'on peut compenser par un entretien plus fréquent) mais aussi à la longue une dégradation des électrodes (des particules de matière active étant emportées par les bulles de gaz).

Pour éviter que cette situation se présente, la solution la plus courante consiste à rendre l'interface commandable. Cela peut s'effectuer en ajoutant au schéma de la figure 5 un transistor de puissance un transistor utilisé en tout ou rien (afin de ne pas dissiper trop d'énergie ). Ce transistor est habituellement placé en parallèle sur le module de sorte qu'il n'occasionne aucune perte d'énergie lorsqu'il est en état bloqué. Lorsque ce transistor est à l'état passant, il court-circuite le module et annule donc la puissance fournie par ce dernier.

Ceci est rendu possible du fait que

• les modules photovoltaïques ne se conduisent pas comme des sources de tension (leur courant de court-circuit est suffisamment faible pour ne pas mettre en danger les modules, et un transistor de taille moyenne peut supporter ce courant)
• la diode antiretour empêche le réseau local d'être mis en court-circuit par le transistor.

Ce type de commande par tout ou rien peut être rendu plus progressif en appliquant au transistor un signal de commande alternant à un rythme rapide les phases de conduction et celles de blocage. Au lieu d'être annulée, la puissance moyenne fournie par les modules est alors multipliée par le rapport cyclique du signal de commande appliqué au transistor. On arrive donc au schéma de la figure ci-dessous.

Figure S04-6

Lors de la commutation du transistor, le circuit génère des perturbations électromagnétiques d'autant plus intenses que la vitesse de commutation est plus rapide. Il faut donc que les transitions du signal de commande ne soient pas trop rapides. Par contre, la puissance perdue dans le transistor lors de la commutation augmente avec la durée de celle-ci, ce qui est en soit dommageable mais peut aussi augmenter le coût du radiateur qui assure le refroidissement du transistor. Ces pertes de commutation augmentent aussi avec la fréquence du hachage, mais une fréquence trop faible rentrait plus gênantes les fluctuations de puissance inhérentes à ce mode de contrôle. Le choix de la fréquence de hachage et de la vitesse des transitions résulte donc d'un compromis entre ces différentes contraintes.

Contrairement au transistor, la diode de la figure S04-5 provoque une perte de puissance même lorsque l'on souhaite extraire du module un maximum de puissance. Ceci est dû à la chute de tension dont toutes les diodes sont affectées dans le sens passant. Cette chute de tension est particulièrement pénalisante dans les applications où la tension DC est petite, notamment pour les systèmes 12 V. On a donc intérêt lorsque c'est possible à utiliser une diode à faible tension directe (diodes Schottky).

Une autre possibilité serait de remplacer la diode par un contact mécanique (relais). Malheureusement, un relais normal consomme de l'énergie en permanence lorsque sa bobine est alimentée. Une alternative intéressante pourrait être d'utiliser un relais à mémoire, car un tel relais ne doit être excité que lors de ses changements d'état (soit une fois le matin et une fois le soir). Quelqu'un est-il intéressé par la mise au point d'un tel système ?

Dernière mise à jour le 11-02-2004